Detail předmětu

Operating Sytems and Networks

FEKT-NOSSAk. rok: 2018/2019

První část předmětu je věnována základním principům operačních systémů, správě procesů a vláken, komunikaci mezi procesy, synchronizaci procesů a vláken, správě paměti, souborovým systémům, strukturám operačních systémů a virtualizaci. Druhá část předmětu se zabývá počítačovými sítěmi. Studenti získají informace o síťových protokolech a standardech jako Ethernet, IEEE 802.1Q VLAN, PoE, TCP/IP a směrování v IP sítích. Zvláštní pozornost je věnována novému protokolu IPv6.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Tomáš Macho, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a měřicí techniky (UAMT)

Výsledky učení předmětu

Absolvent je schopen:
- vytvořit jednoduchý aplikační program pro operační systém UNIX/Linux,
- vytvořit jednoduchou síťovou aplikaci založenou na rozhraní BSD socket,
- vytvářet programy s více vlákny,
- aplikovat synchronizační prostředky jako mutex, semafor, podmínková proměnná,
- popsat síťové protokoly a standardy Ethernet, IEEE 802.1Q VLAN, PoE, TCP/IP, IPv6, DNS, DHCPv4/DHCPv6, HTTP, SMTP,
- vysvětlit navázání a ukončení TCP spojení,
- vysvětlit mechanismy objevování sousedů u IPv6.

Prerekvizity

Student, který si předmět zapíše, by měl být schopen vytvořit jednoduchý program v jazyce C, využívat základní knihovní funkce jazyka C, vysvětlit základní činnost Von Neumannova počítače a popsat činnost procesoru při obsluze přerušení.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Student vypracuje osm úloh.

Způsob a kritéria hodnocení

Počítačová cvičení jsou hodnocena max. 30 body, z toho 15 bodů za samostatné naprogramování zadaných úloh a 15 bodů za závěrečný test.
Závěrečná zkouška má písemnou část a je hodnocena max. 70 body.

Osnovy výuky

1. Operační systém (dále OS), typy OS. Uniprogramming, multiprogramming, sdílení času. Jádro. Systémová volání. Procesy: stavy procesu, vytvoření a ukončení procesu.
2. Identifikátory spojené s procesy. Čekání na ukončení procesu. Plánování procesů. Signály. Řízení úloh.
3. Souborové systémy. Správa paměti.
4. Přesměrování vstupů a výstupů v UNIXu. Vlákna: implementace vláken, vytvoření vláken, ukončování a spojování vláken.
5. Synchronizace procesů a vláken (kritická sekce, mutex, semafor, podmíněná proměnná, bariéra). Problém uváznutí.
6. Struktura OS, typy jader. Virtualizace. Počítačové sítě: ISO OSI a TCP/IP model. Fyzická a linková vrstva. Ethernet.
7. Přepínaný Ethernet, přepínače (switches). IEEE 802.1Q VLAN Tagging. PoE.
8. IPv4 protokol: IPv4 datagram, IPv4 adresy. ICMP protokol. ARO protokol. Směrování, směrovací tabulka, agregace položek směrovací tabulky, základní algoritmus směrování.
9. Protokoly UDP a TCP. Navázání a ukončení TCP spojení.
10. DHCPv4. IPv6: IPv6 datagram, IPv6 adresy, identifikátory rozhraní.
11. IPv6: Objevování sousedů. Automatická konfigurace. DHCPv6.
12. DNS: domény, zóny, DNS záznamy (Resource Record, RR), typy RR, DNS dotazy, DNS servery, resolvery. DNSSEC.
13. Protokol HTTP, SMTP. Firewally. DMZ (demilitarizovaná zóna).

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními principy operačních systémů, základy programování uživatelských a síťových aplikací pro OS UNIX/Linux a síťovými protokoly a standardy jako Ethernet, IEEE 802.1Q VLAN, PoE, TCP/IP, IPv6, DNS, DHCPv4/DHCPv6, HTTP, SMTP.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Počítačová cvičení jsou povinná, řádně omluvené zmeškané počítačové cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit.

Základní literatura

Silberschatz, A., Galvin, P., B., Gagne, G. Operating System Concepts. 8th ed. Hoboken: Wiley, 2010. 972 p. ISBN 978-0-470-233399-3. (EN)
Tanenbaum, S., A. Modern operating systems. 3.ed. Upper Saddle River, New Jersey 07458: Pearson Prentice Hall, 2008. 1076 p. ISBN 0-13-600663-9. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-MN magisterský navazující

    obor MN-KAM , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Tomáš Macho, Ph.D.

Osnova

1.Klasický model operačního systému, funkce jednotlivých vrstev, požadavky na OS, model OS UNIX, jádro, systémová volání, knihovní funkce. Historie a rodokmen OS UNIX, standardizace, adresářová struktura. Příkazové interprety a práce v nich: zástupné znaky, regulární výrazy, standardní vstup a výstup, přesměrování vstupů a výstupů, roury.
2.Shell: proměnné, speciální proměnné shellu, operátory && a ||, podmínky, příkazy expr, test, konstrukce case, cykly, funkce, interaktivní skripty (příkazy read, switch).
3.Souborový systém UNIXU, typy souborových systémů, inode, adresáře, tvrdé a měkké odkazy. Přístupová práva. Funkce pro práci se soubory a s adresáři.
4.Procesy - kontext procesu, stavy procesu, prostředí procesu, proměnné prostředí, spouštění procesů (funkce fork a exec), ukončení procesu(funkce exit, wait, wait3, wait4), proces init.
5.Sdílení souborů mezi procesy. Přesměrování vstupů a výstupů. Komunikace a synchronizace mezi procesy: roury, FIFO (pojmenované roury), signály, sdílená paměť, semafory.
6.Vlákna, synchronizace mezi vlákny (kritická sekce, mutex, semafor, podmíněná proměnná).
7.Bloková a znaková zařízení, ovladače zařízení, speciální soubory, programování ovladačů zařízení pro Linux.
8.Protokoly Ethernet, IEEE 802.11 (WiFi), TCP/IP, směrování paketů.
9.Protokoly ICMP, DHCP, DNS, SNMP.
10.SMTP, POP3, IMAP4, LDAP. Zabezpečená komunikace pomocí SSL, SSH.
11.Sokety. Síťová komunikace pomocí soketů. Klient. Server.
12.Deamoni (cron, at, xinetd, ...), časová synchronisace. Start OS UNIX, inicializační soubory.
13.OS reálného času - požadavky, základní principy, příklady (Windows CE a RT-Linux).

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Tomáš Macho, Ph.D.

Osnova

1.Manuálové stránky (man, info), použití základních příkazů UNIXu: cat, less, more, head, tail, cut, sort, mail, chmod, chown, chgrp, du, df, tar, bzip. Přesměrování vstupu a výstupu.
2.Regulární výrazy, příkazy grep, find, sed, awk, kolony.
3.Interaktivní programy v shellu.
4.Programy gcc, gmake. Použití služeb pro práci se soubory a adresáři. Vytváření dočasných souborů.
5.Prostředí procesu. Vytváření procesů (funkce fork, exec), ukončení procesu (funkce wait, wait3, wait4, exit, abort). Získávání informací o procesech.
6.Přesměrování vstupů a výstupů (funkce dup, dup2), kolony (funkce pipe, popen, pclose).
7.Pojmenované roury (FIFO), signály, sdílená paměť.
8.Vlákna - vytváření, spojování vláken, zrušení vlákna, data specifická pro vlákna.
9.Synchronizace vláken - příklady na použití mutexů a semafororů.
10.Synchronizace vláken - příklad na synchronizaci vláken pomocí podmíněné proměnné.
11.Programování klienta pomocí soketů.
11.Programování servru pomocí soketů.
12.Dokončení programování klienta pomocí soketů.
13.Zápočtový test.